R O C Z N I K I G L E B O Z N A W C Z E T O M L X N R 1 W A R S Z A W A 2 0 0 9 : 9 2 - 9 6
ANNA PIOTROWSKA. JAN KOPER
NASTĘPCZY WPŁYW NAWOŻENIA MINERALNEGO,
ORGANICZNEGO I MINERALNO-ORGANICZNEGO
NA AKTYWNOŚĆ UREAZY GLEBOWEJ SPOD UPRAWY
KONICZYNY CZERWONEJ I PSZENICY OZIMEJ
SEQUENTIAL EFFECT OF MINERAL, ORGANIC
AND MINERAL-ORGANIC FERTILIZATION ON UREASE
ACTIVITY UNDER RED CLOVER AND WINTER WHEAT
Katedra Biochemii. Wydział Rolniczy. Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
Abstract: The aim o f this study w as to determine sequential effects o f long-tenn fertilization on the urease activity. Soil w as sampled from 14 mineral, organic and m ineral-organic fertilization com b i nations under red clover (2001 year) and winter wheat (2003 year) from the A p horizon four tim es a year: April. May. June and October. Urease activity ranged from 0 .1 0 0 .6 4 m g N -N H 4~ kg-1- h_! and w as higher in soil collected in 2001 than in 2003 year. The highest enzym e activity w as noted in soil sam p les taken in M ay in both years o f investigation. N o clear tendency w as observed in urease activity as dependent on different mineral, organic and mineral-organic fertilization.
Słowa kluczowe: gleb a , ureaza, n a w o że n ie m ineralne, o rg a n iczn e i m in eraln o-organ iczn e. Key words: so il, urease, m ineral, organic and m ineral-organic fertilization .
WSTĘP
Zainteresowanie akty wnością ureazy - enzymu przeprowadzającego hydrolizę m ocz nika do amoniaku i dwutlenku węgla - wynika ze znaczenia nawozowego substratu, jakim jest mocznik [Makoi. Ndakidemi 2008]. Aktywność ureazy glebowej będąc ściśle związana z zawartością materii organicznej ulega dynamice w zależności od koncentracji pierw iastków biogennych. Zwykle aktywność ureazy w zrasta w raz z dostępnością m akroskładników . których źródłem są zarówno obornik, ja k i nawozy m ineralne [Gianfreda. Ruggiero 2006].
Celem pracy było po pierwsze: określenie, czy zmiana wieloletniego zróżnicowanego nawożenia mineralnego, organicznego, mineralno-organicznego na jednolite mineralne wraz z zastosowanym wapnowaniem może istotnie m odyfikować aktywność ureazy glebowej, po drugie: określenie zmian sezonowych aktywności tego enzymu.
MATERIAŁ I METODY
Materiał glebowy do badań pobrano z doświadczenia nawozowego zlokalizowanego na glebie płowej typowej założonego w 1948 r. w Stacji Badawczej w M ochełku k/Bydgoszczy należącej do UTP w Bydgoszczy-. Do roku 2001 doświadczenie prowadzone było jako jednoczynnikowe, a celem jego było porównanie oddziaływania na glebę 14 obiektów nawożenia mineralnego, organicznego i mineralno-organicznego: 1. Bez nawożenia - kontrola, 2. Słoma + NPK, 3. NPK + Ca, 4. NPK, 5. Obornik (O), 6. O + PK. 7. O + KN, 8. O + KN + Mg, 9 . 0 + PN, 10. O + PN + Mg, 1 1 .0 + NPK, 12. O + NPK + Mg, 1 3 .0 + NPK + Ca, 14. O + NPK + Ca + Mg. Nawożenie stosowane w latach 1997-2001 przedstawiono w tabeli 1. Po zbiorze koniczyny czerwonej na całości doświadczenia zastosow ano w apnowanie wyrównawcze w dawce 1,5 t-ha"1. W 2001 roku na całej pow ierzchni dośw iadczenia wysiano rzepak ozimy, który po złym przezim ow aniu zlikwidowano wiosną 2002 i wysiano owies.
W 2003 roku w doświadczeniu uprawiano pszenicę ozimą, pod którą zastosowano następujące nawożenie mineralne (kg*ha-1): N - 120, Pn0 5 - 100 oraz K90 - 120. Celem modyfikacji doświadczenia było poznanie następczego oddziaływania wieloletniego, zróżnicowanego nawożenia mineralnego, organicznego i m ineralno-organicznego po zastosowaniu wapnowania i ujednoliceniu naw ożenia NPK na wszystkich poletkach doświadczalnych. Próbki glebowe do badań pobrano z warstwy ornej (5-25 cm), spod koniczyny czerwonej trzykrotnie w okresie wegetacyjnym (kwiecień, maj, czerwiec 2001 - terminy I-III) oraz na początku października tego roku spod rzepaku ozimego (termin IV). W 2003 roku próby glebowe pobrano spod pszenicy ozimej ( kwiecień, maj, czerwiec - terminy I-III) oraz na początku sierpnia po jej zbiorze (termin IV).
Aktywności ureazy oznaczano według metody Kandeler i Gerbera [1988] polegającej na spektrofotometrycznym pomiarze wydzielonego amoniaku po 2-godzinnej inkubacji próbki gleby z mocznikiem jako substratem w temperaturze 37°C. Parametr)' chemiczne gleby oznaczono według metod powszechnie stosowanych w gleboznawstwie.
TABELA 1. N aw ożenie stosow ane w doświadczeniu w latach 1 9 9 7 -2 0 0 1 TABLE 1. Fertilization applied in 1 9 9 7 -2 0 0 1
Rok - Year Roślina - Plant N
pA
K: ° Ca Obornik - FYM kg • ha i t - h a 11997 Rzepak ozimy - Winter rape 180 120 160 1.5 -1998 Pszenica ozima - Winter wheat 120 100 160 - -1999 Burak cukrowy - Sugar beet 180 120 220 3 30 20 0 0 Jęczmień jary + Koniczyna czerwona
Spring barley + Red clover
50 80 120 — —
2001 Koniczyna czerwona - Red clover 30 : 60 120 -
-WYNIKI I DYSKUSJA
Przeprowadzona analiza wariancji wykazała istotny wpływ kombinacji nawozowych stosowanych ponad 50 lat na zawartość węgla organicznego (Conj) i azotu ogółem (N 0>) zarówno przed, jak po ujednoliceniu nawożenia (tab. 2). Zawartość C w badanych próbkach glebowych mieściła się w przedziale 4,64-6,86 g • kg'"1, natormast zawartość
94 A. Piotrowska, J. Koper
TABELA. 2. Wybrane właściwości chemiczne gleby w zależności od /różnicowanego nawożenia TABLE 2. Selected chemical parameters o f soil as dependent on differentiated fertilization Obiekty nawozowe Fertilization objects W ęgiel org. Organie carbon Azot ogółem Total nitrogen pH w KC1 p H in K C l : S ’ kg 1 ***2001 2003 2001 2003 2001 2003 1. Kontrol Control 4.64 4,74 0.46 0.46 4.53 4.67 2. Sloma+NPK Straw+NPK 4.72 4,96 0.43 0,45 3.71 4,69 3. NPK + Ca 4.91 4.86 0.42 0.44 4.12 6.22 4. N PK 4.90 4.97 0.44 0.44 3.67 4,31 5 *0 _ * * FYM 5,07 5.14 0.50 0,50 3.85 4,23 6. O +PK - FYM + PK 4.93 4.96 0.39 0,42 4.04 4,86 7. O +K N - FYM + KN 5.47 5,53 0.54 0,55 3,71 5.20 8. O + K N + M g - FYM + K N +M g 5.53 5.65 0.47 0,49 3,78 4.54 9. O +PN FYM +PN 5.35 5,55 0.53 0.55 3,71 4.14 10. O-HPN+Mg FY M +PN +M g 5.39 5.59 0,50 0.56 3,90 4.28 11. O +N PK FYM +N PK 5.27 5.57 0,53 0,54 3,73 3,96 12. O + N P K + M g - FYM-i-NPK+Mg 5.38 5.78 0,59 0.58 4.14 4.26 13. O +N PK +C a"- FYM +NPK+Ca" 5.49 6.52 0,58 0.60 5.85 6.63 14. O-NPK-i-Ca-rMg - FY M +N PK +C a+M g 6.65 6.86 0.64 0.68 5.80 6,94
Średnia - mean 5.26 5.46 0.50 0.51
N 1 R ,(1, - LSD,, 0.125 0.107 0.0 5 4 0.061 ;
* 0 - obornik. **FY M - farmyard manure: * * * 2 0 0 1 . 2003 - lata badaii years o f investigation
N() w badanych glebach mieściła się w zakresie od 0.39 do 0,68 g • kg_1. Nie wykazano istotnych różnic pomiędzy zawartością C i N w w próbkach gleb pobranych w obu latach badań. Zarówno w 2001. jak i w 2003 roiai najniższą zawartość obu badanych makroskładników oznaczono w próbkach gleb pobranych z poletek kontrolnych (1), nawożonych słomą i NPK (obiekt 2) oraz nawożonych tylko mineralnie (obiekty 3-4). Istotnie najwyższą zawartość zarówno C jak i N stwierdzono w materiale glebowym pobranym z poletek z pełnym nawożeniem mineraFno-organicznym (obiekt 14). Próbki glebowe pobrane w 2001 roku charakteryzowały się odczynem od bardzo kwaśnego do obojętnego. Wapnowanie wyrównawcze w dawce 1,5 t ■ ha 1 zastosowane po zbiorze koniczyny wpłynęło na znaczne podwyższenie pH w próbkach glebowych pobranych spod pszenicy ozimej (tab. 2).
Zróżnicowane nawożenie mineralno-organiczne zarówno przed, jak i po modyfikacji doświadczenia oraz terminy pobierania próbek glebowych w obu latach badań wpłynęły istotnie na zmiany aktywności ureazy glebowej (tab. 3). Aktywność badanego enzymu mieściła się w zakresie 0.10-0,64 m gN-NH • kg-1 * h"1. Próbki glebowe pobrane w' 2001 roku wykazywały większą aktywność ureazy w porównaniu z oznaczoną w próbkach pobranych spod pszenicy ozimej. Przebieg procesów enzymatycznych w glebie w trakcie sezonu wegetacyjnego roślin jest bardzo zmienny i jest kształtowany między innymi poprzez zmieniającą się okresowo temperaturę i uwilgotnienie środowiska glebowego [Gianfreda, Bollag 1996]. Uważa się, że enzymy są stosunkowa bardziej aktywne w końcu wiosny, latem lub na początku jesieni [Januszek 1993]. W badaniach własnych, w obu latach badań, największa aktywność ureazy wystąpiła w' próbkach glebowych pobranych w maju.
TABELA3. Aktywność ureazy [ m g N - N H / • kg 1 • h '] w zależności od zróżnicowanego nawożenia i terminu pobrania próbek glebowych
TABLE 3. Urease activity [mg N -N II/- kg 1 ■ h 1 ] as dependent on difierentiated fertiHzatbn and sanpling dates Obiekty nawozowe
Fertilization objects
Rok 2001 - Year 2001 I Rok 2003 -Y ear 2003
*1 II III IV I II III IV 1. Kontro 1 - Control 0,20 0.25 0.23 0.16 0,16 0,20 0,28 0,20 2. Słoma+NPK - Straw+NPK 0.14 0.38 0,19 0.18 |0,17 0,23 0,18 0,20 3. N P K + Ca 0.16 0,33 0,36 0,14 0.21 0,19 0,15 0.20 4. N P K 0.20 0,33 0,47 0,19 0.21 0.23 0,24 0,13 5. * * 0 - ***FYM 0.23 0.22 0.47 0.21 0.17 0.26 0.15 0,17 6. O +PK - FYM + PK 0,16 0.27 0.64 0.12 10,19 0,19 0.17 0,16 7. O +K N - FYM + K N 0.22 0.36 0,18 0.34 0,19 0,25 0,26 0.22 8. O + K N + M g - FYM + K N +M g 0.24 0,45 0.25 0.22 0.22 0,29 0,10 0.10 9. O +PN - FYM+PN 0.28 0,36 0.26 0,23 0.24 0.29 0,17 0,15 10. O + P N + M g - FY M +PN +M g 0.27 0.46 0.24 0,31 0.25 0.26 0,15 0,12 11. O +N PK - FYM +NPK 0,27 0.39 0.30 0.19 0,20 0.22 0.14 0,15 12. O +N PK +M g - FY M +N PK +M g 0,29 0.33 0,37 0.20 0,20 0,26 0,12 0,30 13. O +N PK +C a - FY M +N PK +C a 0.25 0.27 0,32 0.14 0.23 0,28 0,16 0.17 14. O +N PK +C a+M g - FY M +N PK +C a+M g 0.20 0,28 0,11 0.15 0.18 0.29 0,23 0.12 Średnia - mean 0.22 0.33 0.31 0.27 0,20 0,25 0,18 0.17 n i r(,()5 - LSD (I05 0,012 0.029 0.021 0.020 0.017 0,031 0.034 0,013 * I—IV - terminy pobrania próbek glebowych. I—IV - sampling dates; ** obornik - ***farmvard manure
W iększą aktywnością ureazy charakteryzowały się próbki gleby spod koniczyny wr porównaniu zjej aktywnością stwierdzoną w materiale glebowym pobranym spod pszenicy ozimej, co mogło być w pewnym stopniu spowodowane w iększą daw ką naw ożenia azotowego zastosowanego pod pszenicę ozimą. Jest to zgodne z danymi literaturowymi wskazującymi na to, że aktywność ureazy może być hamowana przez dodanie do gleby zwiększonych dawek nawozów zawierających związki amonowe [Kieliszewska- Rokicka 2001]. Aktywność ureazy maleje, ponieważ pobieranie N mineralnego przez mikroorganizmy glebowe hamuje syntezę białka enzymatycznego [Burket, Dick 1998]. Porównując aktywność ureazy w próbkach gleb pobranych z obiektów nawożonych O+PK oraz O+NPK (z wyjątkiem próbek pobranych w czerwcu 2001 r.) wykazano istotny wpływ naw ożenia azotow ego stosow anego w form ie saletry am onowej na aktyw ność enzymu w próbkach glebow ych spod koniczyny czerw onej, natom iast nawożenie to nie oddziaływało istotnie na aktywność badanego enzymu w- próbkach gleby spod pszenicy ozimej. Porównując aktywność ureazy w próbkach gleb pobranych z poletek nawożonych poszczególnymi składnikami stosowanych nawozów z je j aktyw nością oznaczoną w próbkach gleb z odpowiednich poletek kontrolnych (np. dla nawożenia P obiekty O + NK oraz O + NPK) nie wykazano jednoznacznego wpływu nawozów zawierających P, K, Mg i Ca na aktywność badanego enzymu.
A naliza korelacji wykazała istotne i dodatnie współczynniki korelacji pom iędzy aktywnością ureazy a zawartością Coro (r = 0 ,5 5 1; p = 0,05) i N (r = 0,623; p= 0,05) jedynie w próbkach gleb pobranych vv maju 2003 roku.
96 A. Piotrowska, J. Koper
WNIOSKI
1. Nie wykazano jednoznacznego kierunku zmian aktywności ureazy glebowej pod wpły wem oddziaływania wieloletniego nawożenia (obornik. P, K, Mg, Ca) zarówno przed, jak i po zmianie i ujednoliceniu nawożenia.
2. Nawożenie azotowe stosowane w postaci saletry' amonowej istotnie zwiększało aktyw ność ureazy w' próbkach gleby spod koniczyny czerwonej pobranych w trzech terminach. Nie wykazano natomiast istotnego oddziaływania tego nawożenia na aktywność badanego enzy mu w materiale glebowym pochodzącym spod pszenicy ozimej.
3. Aktywność ureazy glebowej charakteryzowała się zmiennością sezonową, przy- czym największą jej aktywność wykazano w próbkach gleb pobranych w maju w- obu latach badań.
LITERATURA
BUR KET J.Z.. DICK R.P. 1998: Microbial and soil parameters in relation to N mineralization in soils o f diverse genesis under different management system s. Biol. Fertil. Soils 27: 4 3 0 -4 3 8 .
G 1ANFRED A L.. BOLLAG J.M. 1996: Influence o f natural and anthropogenic factors on enzym e activity in soil. W: G. Stotzky. J.M. B ollag (red.): Soil Biochemistry. Marcel Dekker. N ew York. 9:
1 23 -1 9 3 .
G IA N FR ED A 1 RUGGIERO P. 2006: Enzyme activities in soil. W: P. NannipierL K. Smalla (red.): Soil b iolog). N u cleic acids and proteins in soil. Springer-Verlag 8: 2 5 7 -3 1 1 .
JAN U SZEK K. 1993: Seasonal changes o f enzym e activity in mor. moder and mull humus o f selected forest soils in the Western Beskid M ountains. P o l For. Pol. 35: 5 9 -7 5 .
K AN D ELER E.. GERBER H. 1988: Short-term assay o f soil urease activity using colorimetric determi nation o f ammonium. Biol. Fertil. Soils 6: 6 8 -7 2 .
KIELISZEW SKA-ROKICKA B. 2001: Enzymy gleb ow e i ich znaczenie w badaniach aktywności mikro biologicznej gleby. W: I I. Dahm. A. Pokojska-Burdziej (red.) Drobnoustroje środowiska gleb ow ego. Toruń: 3 7 -4 7 .
MAKOI J. H. J. R.. N D AK IDEM I P.A. 2008: Selected soil enzym es: exam ples o f their potential roles in the ecosystem . Afric. J. Biotechnol. 7.3: 1 8 1 -1 9 1 .
D r ini. Anna Piotrow ska
K atedra Biochemii, Wydział Rolniczy, U niwersytet Technologiczno-Przyrodniczy 8 5 -029 Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6,
